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| Científicos de la ETH de Zúrich han avanzado en la creación de gatos de Schrödinger más pesados, que pueden estar vivos (arriba) y muertos (abajo) al mismo tiempo. Crédito: ETH Zurich |
La idea de que el gato de Schrodinger esté vivo y muerto al mismo tiempo -su destino sólo se revela tras una inspección- surgió de un experimento mental que señalaba un absurdo en la interpretación de la mecánica cuántica de la época. Sin embargo, como ya se han preparado estados de superposición de este tipo en muchos sistemas cuánticos diferentes, la pregunta es: ¿dónde se separan los mundos clásico y cuántico?
Colocando un cristal diminuto en una superposición de dos modos de oscilación, los investigadores de la ETH, bajo la dirección de Yiwen Chu, profesor del Laboratorio de Física del Estado Sólido, han producido un gato de Schrödinger mucho más pesado. Sus resultados podrían conducir a bits cuánticos más robustos y ayudar a explicar por qué las superposiciones cuánticas no se observan en la vida cotidiana.
Los científicos crearon el llamado estado de gato utilizando un cristal oscilante, que representa al gato, con un circuito superconductor que representa al átomo original. El circuito en cuestión es esencialmente un bit cuántico o qubit capaz de adoptar los estados lógicos "0" o "1" o una superposición de los dos estados, "0+1".
En lugar de un contador Geiger y veneno, el vínculo entre el qubit y el "gato" de cristal es una capa de material piezoeléctrico que genera un campo eléctrico al oscilar el cristal. El estado de superposición del qubit puede comunicarse al cristal acoplando ese campo eléctrico al campo eléctrico del qubit.
Como resultado, el cristal puede oscilar en dos direcciones al mismo tiempo: arriba/abajo y abajo/arriba, por ejemplo. Esas dos direcciones representan los estados "vivo" o "muerto" del gato".
"Al poner los dos estados de oscilación del cristal en superposición, hemos creado efectivamente un gato de Schrödinger que pesa 16 microgramos. Eso es más o menos la masa de un grano fino de arena y ni de lejos la de un gato, pero aun así es varios miles de millones de veces más pesado que un átomo o una molécula, lo que lo convierte en el gato cuántico más gordo hasta la fecha."
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| En el experimento de la ETH de Zúrich, el gato se representa mediante oscilaciones en un cristal (arriba y ampliación a la izquierda), mientras que el átomo en descomposición se emula mediante un circuito superconductor (abajo) acoplado al cristal. Crédito: ETH Zurich |
Los estados de oscilación deben ser macroscópicamente distintos para que puedan considerarse auténticos estados de gato. Esto implica que cualquier fluctuación térmica o cuántica en la ubicación de los átomos dentro del cristal debe ser menor que el espacio entre los estados "arriba" y "abajo".
Los científicos lo comprobaron utilizando el qubit superconductor para medir la separación espacial entre los dos estados. Los estados podían distinguirse claramente a pesar de que la separación medida era de sólo una milmillonésima parte de un metro, es decir, menos que un átomo.
Según Chu, "esto es interesante porque nos permitirá comprender mejor la razón de la desaparición de los efectos cuánticos en el mundo macroscópico de los gatos reales". Más allá de este interés más bien académico, también hay aplicaciones potenciales en las tecnologías cuánticas. Por ejemplo, la información cuántica almacenada en qubits podría ser más robusta utilizando estados de gato formados por un enorme número de átomos en un cristal en lugar de basarse en átomos o iones individuales, como se hace actualmente."
"Asimismo, la extrema sensibilidad de los objetos masivos en estados de superposición al ruido externo podría aprovecharse para realizar mediciones precisas de perturbaciones diminutas como las ondas gravitacionales o para detectar materia oscura."
Fuentes, créditos y referencias: